[发明专利]一种催化电解制取氢气装置

说明书

本发明公开了一种催化电解制取氢气装置，包括外壳、AC‑DC变换器、氧气收集系统、氢气收集系统、电解液供给系统，电解液供给系统设置于外壳内，其内设有若干个独立的电解发生室，相邻电解发生室间设置有隔膜，每个电解发生室内设置有电解水单元，每个电解水单元包括双极性催化电极和密封件，双极性催化电极包括阳极电极和阴极电极，阳极电极和阴极电极之间利用电极隔板分离，阴极电极涂布有用于催化电解的阴极材料粒子，电极隔板将每个电解发生室分为氧气生成区和氢气生成区，氧气生成区的底部和氢气生成区的顶部均设置有密封件，氧气收集系统通过第一管道与氧气生成区相连通，氢气收集系统通过第二管道与氢气生成区相连通，技术成本低、电解效率高。

技术领域

本发明主要涉及氢气制备技术领域，具体地说，涉及一种催化电解制取氢气装置。

背景技术

随着世界范围能源危机与环境危机的不断加重，新能源成为越来越受重视的发展方向，氢能成为实现碳达峰、碳中和的重要手段。随着氢燃料电池的发明、发展和产业化，需要更清洁的方式实现氢气的制取，才能起到节能减排的效果。目前氢气的制取方式在很大程度上限制了氢能的普及和应用。电解水制氢被认为是制取氢气的主要途径，尤其是利用太阳能、风能这种波动幅度大对电网产生冲击，而产生弃风、弃光的新能源发电系统，利用被放弃的能量进行电解水制取氢气，使能源得到最充分的利用。随着氢气用量的不断增加，电解水技术取得了发展和应用，主要有碱性电解水、PEM(Proton Exchange Membrane，质子交换膜)电解水等技术，但都存在需要使用贵金属作为催化剂，尤其是PEM电解水技术，需要大量使用铂、铱等非常稀缺的贵重金属作为催化剂，而这些贵重金属也是燃料电池的主要催化剂，必然会出现与燃料电池争抢催化剂，造成成本难以控制的局面。而且这些电解水技术都存在电极极化大的问题，导致电解效率低。此外，传统电解水装置设计人员，在不断地改进原有的设计，试图改进原有的缺陷，由于没有从材料端改变，效果相对不明显。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种催化电解制取氢气装置，可解决现有技术成本偏高、电解效率低的技术缺陷。

本发明的催化电解制取氢气装置，包括外壳、AC-DC变换器、氧气收集系统、氢气收集系统、电解液供给系统，所述电解液供给系统设置于外壳内，所述电解液供给系统内设置有若干个独立的电解发生室，相邻的电解发生室之间设置有隔膜，每个电解发生室内设置有电解水单元，若干个电解水单元串联连接，每个电解水单元包括双极性催化电极和密封件，所述双极性催化电极包括阳极电极和阴极电极，所述阳极电极和阴极电极之间利用电极隔板分离，所述阴极电极涂布有用于催化电解的阴极材料粒子，所述电极隔板将每个电解发生室分为氧气生成区和氢气生成区，所述氧气生成区的底部和氢气生成区的顶部均设置有密封件，所述氧气收集系统通过第一管道与氧气生成区相连通，所述氢气收集系统通过第二管道与氢气生成区相连通，所述AC-DC变换器用于将外界的交流电转换为直流电，提供电解的电能。

进一步地，所述双极性催化电极的阳极电极采用在第一金属板基体的一面涂布阳极材料粒子形成，其阴极电极采用在第二金属板基体的一面涂布阴极材料粒子形成，将涂布阳极材料粒子的第一金属板基体、电极隔板和涂布阴极材料粒子的第二金属板基体依次叠加组合形成所述双极性催化电极，所述第一金属板基体涂布阳极材料粒子的一面与所述第二金属板基体涂布阴极材料粒子的一面相背离设置。

进一步地，所述双极性催化电极的阳极电极和阴极电极分别采用第三金属板基体一面涂布阳极材料粒子、另一面涂布阴极材料粒子的方式完成。

进一步地，所述阳极材料粒子为镍、镍的氧化物、镍的氢氧化物中的一种或两种及以上的混合物，所述阴极材料粒子为稀土合金。

进一步地，所述双极性催化电极上设置有电解出液口，且其顶部分别设置氧气出口、氢气出口和电解进液口，所述电解进液口、电解出液口与各电解发生室相连通，所述氧气出口与第一管道连通，所述氢气出口与第二管道连通。

进一步地，所述第一金属板基体、第二金属板基体和电极隔板上均开设有电解出液口、电解进液口、氧气出口和氢气出口。